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基于ARM9的机电设备检测终端研究与设计


微处理器协调各模块之间的工作,主要完成以下任务:将数据采集模块采集到的数据进行存储和显示;通过通信模块将采集的数据传输给监测系统主控制机;根据数据采集模块采集的数据产生控制命令,控制执行模块完成相应的执行动作;根据监测系统主控制端通过通信接口传来的控制命令,执行相应的操作。
作为机电设备监测终端系统的重要组成部分,本文主要分析振动检测模块、开关/模拟信号采集模块、温度监测模块以及输出控制模块4部分。
1.1 振动检测电路设计
高速旋转的机电设备,由于旋转质量的不平衡、轴承的刚度、滚珠的缺陷、滑动轴承的油膜振荡等因素影响都会引起振动,会产生巨大的反复变动的交变载荷,这不但会降低机器的使用寿命和可靠性,而且还会发生严重的破坏事故。将速度传感器的外壳固定在振动物体上,整个传感器跟着振动物体一起振动,而处在空气间隙内的动线圈是用很软的簧片固定在外壳上的,其自振频率ωn较低。当振动物体的振动频率ω≥1.5ωn时,动线圈处在相对静止状态,线圈与磁钢之间发生相对运动,动线圈切割磁力线而产生感应电势E=BLV,公式中B为磁场强度、L为感应线圈导线长度、V为相对运动速度,当B、L一定时,输出电势E正比于振动速度V。若要取得与振动位移成正比的振动信号,传感器输出的信号必须经积分回路,再对信号进行电压幅值调理,将模拟信号转换为S3C2440所能接收的0~3.3 V电压。
1.2 开关/模拟信号采集电路设计
开关/模拟信号采集电路包括直流模拟量采集电路、数字开关量采集电路两部分。
模拟量采集模块:采集机电设备配电柜里面缓变的传感器参数,因此需监测直流模拟电压或电流值。本监测终端要求提供两路采集通道,其中一路为直流电压,其测量范围为0~5 V;另一路为直流电流,其测量范围为4~20 mA。考虑到机电设备配电柜的运行环境,模拟信号采集之后需进行电气隔离,因此直流模拟量的采集分为采样和隔离两部分。为减少隔离通道,选用串行A/D转换芯片,其通信接口选用具有SPI通信接口的串行A/D转换芯片ADC0832,如图2所示。


开关量采集模块:采集开关的状态。本监测终端要求提供四路数字开关量采集通道,数字开关量的最大值为5 V。为提高核心板的可靠性,在核心板与数字开关量之间选用光耦合进行电气隔离。其中一路数字开关量采集电路如图3所示。


如图3所示,当输入的数字开关量(D—IN1)为低电平时,光耦导通,核心板采集到光耦输出信号(DOUT1)为低电平:当输入的数字开关量(D—IN1)为高电平时,光耦断开,核心板采集到光耦输出信号(DOUT1)为高电平。由此可知,核心板采集到的光耦输出信号(DOUT1)正确反映了数字开关量的状态。

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